合成孔径雷达差分干涉测量
合成孔径雷达差分干涉测量
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差分干涉测量的原理
基本原理 合成孔径雷达干涉测量原理在很
多文献中已有详细介绍。现在将以星 载重复轨道为例简要介绍差分合成孔 径雷达干涉基本原理。
缺点：已知DEM与InSAR干涉图像的配准存 在很大 困难。
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三种方法比较
三轨法
优点：无需知道外部DEM就可以得到地面位移引起 的相位差，特别是适用于缺少高精度DEM数据的 地区。与四轨法相比的优点是，由于几何参数相 同，故不需要考虑另外的匹配和重采样。
缺点：地形对需要相位解缠，其解缠精度的优劣直 接影响到后续的处理。13源自差分干涉测量在地震监测的应用
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差分干涉测量地震监测的应用
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差分干涉测量地震监测的应用
地震可以引起电离层异常
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差分干涉测量在地表沉降监测的应用
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差分干涉测量的原理
如图所示，S．、S2和 S3分别为卫星三次对同一地 区成像的位置(即成像时雷达 天线的位置)。则经相位干涉 处理，由S。和S2可生成一 幅干涉图，s，和S 可生成 另一幅干涉图，利用这两幅 干涉图进行差分处理，即所 谓的差分雷达干涉测量。
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差分干涉测量的原理
两轨法 其基本思想是利用已知的外部DEM
来消除地形相位。 在两轨法中，外部DEM的精度、空
间分辨率、插值方法及干涉基线对形 变量的精度都有显著的影响。
合成孔径雷达干涉测量概述
合成孔径雷达⼲涉测量概述合成孔径雷达⼲涉测量（InSAR）简述摘要：本⽂主要介绍了合成孔径雷达⼲涉测量技术的发展简史、基本原理、及其3种基本模式，并且对其数据处理的基本步骤进⾏了概述。
最后，还讲述合成孔径雷达⼲涉测量的主要应⽤，并对其未来发展进⾏了展望。
关键字：合成孔径雷达合成孔径雷达⼲涉测量微波遥感影像1.发展简史合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）是⼀种⾼分辨率的⼆维成像雷达。
它作为⼀种全新的对地观测技术，近20年来获得了巨⼤的发展，现已逐渐成为⼀种不可缺少的遥感⼿段。
与传统的可见光、红外遥感技术相⽐，SAR 具有许多优越性，它属于微波遥感的范畴，可以穿透云层和甚⾄在⼀定程度上穿透⾬区，⽽且具有不依赖于太阳作为照射源的特点，使其具有全天候、全天时的观测能⼒，这是其它任何遥感⼿段所不能⽐拟的；微波遥感还能在⼀定程度上穿透植被，可以提供可见光、红外遥感所得不到的某些新信息。
随着SAR 遥感技术的不断发展与完善，它已经被成功应⽤于地质、⽔⽂、海洋、测绘、环境监测、农业、林业、⽓象、军事等领域。
L. C. Graham 于1974 年最先提出了合成孔径雷达⼲涉测量（InSAR ）三维成像的概念，并⽤于⾦星测量和⽉球观察。
后来Zebker、G. Fornaro及A. Pepe 等做出了进⼀步的研究,以解决InSAR 处理系统中有关基线估计、SAR 图像配准、相位解缠及DEM ⽣成等⽅⾯的问题。
⾃1991 年7 ⽉欧空局发射载有C 波段SAR 的卫星ERS- 1 以来，极⼤地促进了有关星载SAR 的InSAR 技术研究与应⽤。
由于有了优质易得的InSAR 数据源，⼤批欧洲研究者加⼊到这个领域，亚洲（主要是⽇本）的⼀些研究者也开展了这⽅⾯的研究。
⽇本于1992 年2 ⽉发射了JERS- 1，加拿⼤于1995 年初发射了RADARSAT，特别是1995 年ERS- 2 发射后，ERS- 1 和ERS- 2 的串联运⾏极⼤地扩展了利⽤星载SAR ⼲涉的机会，为InSAR 技术的研究提供了数据保证。
PS_InSAR技术及其在地表沉降中的应用
2010 NO.19SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION高 新 技 术InSAR(Interferometric synthetic ap-erture radar,InSAR)结合了合成孔径雷达成像技术和干涉测量技术,利用传感器的系统参数和成像几何关系等精确测量地表某一点的三维空间位置及微小变化的测绘技术。
合成孔径雷达差分干涉测量技术(DInSAR)是以合成孔径雷达复数影像的相位信息获取地表变化信息的技术,是InSAR 技术应用的一个拓展。
在实际应用中,相干雷达波由于在传递的过程中受大气效应影响,以及地表变化造成的时间去相关和长基线引起的空间去相关,严重地制约常规DInSAR在区域地表形变监测方面的应用,尤其对于地表沉降这种缓慢累积形变监测来说,时间失相关问题更为突出。
为了克服常规DInSAR的局限性,近年来国际上少研究者提出了基于部分相位稳定的雷达散射目标,即永久散射体(PS)进行差分干涉相位处理达到监测区域地表形变的目的,这种方法被称为永久散射体差分干涉测量技术(P S-I n S A R),是对传统的I n S A R和D-InSAR技术的扩展应用,可以突破时间、空间失相关和大气延迟的影响,可以提高数据的利用率,提取长时间、大范围的地表形变信息。
1 PS-InSAR技术1.1PS-InSAR的基本原理PSInSAR技术的基本原理就是利用多景同一地区的SAR影像,影像数目根据图像相干性情况而定,一般数目要大于20幅。
通过统计分析所有影像的幅度信息或者相位信息,找出不受时间、空间和大气效应影响的永久散射体。
然后利用选择的PS点建立关于变形和相位差的函数关系,而在PS 点上地形数据误差和大气延迟误差等通过外部数据或者相关的处理方法而被分离,从而可以获得PS点上地表形变信息。
由于选取的PS点在一段时间内具有很好的稳定性,可以通过这些稳定点内插出其他低信噪比点的形变信息,获取该地区的形变信息。
合成孔径雷达干涉测量(INSAR)技术原理及应用发展
合成孔径雷达干涉测量（INSAR）技术原理及应用发展作者：刘曦霞来源：《科技创新与应用》2015年第20期摘要：合成孔径雷达干涉测量（InSAR）技术近年来得到了较快的发展，这一技术也广泛的应用于国防建设与国民经济建设中。
文章结合作者实际研究，从InSAR技术的自身优势与发展潜力出发，分析了其基本技术原理，并就InSAR技术在各个领域的实际应用进行了探讨，最后总结了其未来发展。
关键词：合成孔径雷达；INSAR；技术原理；应用1 InSAR技术的优势与潜力合成孔径雷达干涉测量技术是近年来发展起来的空间对地观测新技术，这一技术主要是借助于合成孔径雷达SAR朝目标位置发射微波，之后接收目标反射回波，从而获得目标位置成像的SAR复图像对，如果复图像之间有相干条件，SAR复图像对共轭相乘后能够得到干涉图，结合干涉图相位值可以获得两次成像中存在的微波路程差，进而准确获得目标位置的地形地貌等情况。
利用InSAR技术成像的优势在于连续观测能力强、成像分辨率和精度高、覆盖范围较广、技术成本低等，在各个领域的应用也非常广泛，比如说DEM生成、地面沉降监测、火山或地震灾害监测、海洋测绘、国防军事等。
但是InSAR技术测量的精准度往往会受到大气效应的影响，近年来新提出的散射体PS技术逐渐被越来越多的应用到其干涉处理的过程中，PS 技术分析能够在长时间内保持相对稳定的散射体相位变化，即便是难以获得干涉条纹的状况下，也可以获得毫米级的测量精度，在很大程度上提高了干涉测量技术的环境适应能力，这也是这一技术研究过程中的一个重大突破，其拥有非常高的开发应用价值[1]。
2 InSAR技术的基本原理分析合成孔径雷达干涉测量技术是按照复雷达图像的相位值来计算出地面目标空间信息的技术，它的基本思想是：借助两幅天线进行同时成像或者单幅天线间隔一定时间重复成像，进而得到同一位置的复雷达图像对，因为两幅天线和地面目标之间的距离不一致，因此在复雷达图像对同名象点之间出现相位差，进而产生干涉纹图，其中的相位值代表两次成像的相位差测量值，两次成像的相位差和地面目标的空间位置之间的几何关系，结合飞行轨道的具体参数，便能够准确的计算出地面目标的具体坐标，进而让我们获得具有较强精准度的大范围数字高程模型。
INSAR复习资料
一、概论1、合成孔径雷达干涉测量技术（INSAR）：利用雷达成像传感器获取被测对象具有相干性的复数图像信息，并通过图像配准、干涉图滤波、相位解缠、基线估算、相位高程转换等处理环节，由干涉相位反演地形信息或形变信息的理论和技术。
2、INSAR技术的应用：地形测绘、城市目标显示和城市形态分析、海洋表面状态监测、极地冰况监测（冰川研究）、农业和资源调查、地表变形监测等。
二、合成孔径雷达遥感基础3、平行于飞行方向，也就是沿航线方向上的分辨率称为方位向分辨率。
斜距：雷达到目标的距离方向，雷达探测斜距方向的回波信号。
地距：将斜距投影到地球表面，是地面物体间的真实距离。
4、SAR成像几何的参数：（1）入射角θ：雷达入射波束与当地大地水准面垂线的夹角。
局部入射角θ1：雷达入射波束与地面散射表面法线之间的夹角。
（2）视角φ：天线朝地面的垂直方向与天线朝入射点方向的夹角。
（3)俯角θd：天线沿水平方向与天线朝入射点的方向之间的夹角。
5、SAR影像的主要特性：（1）斑点噪声（2）多视处理（3）穿透性（4）具有几何特征由两个或两个以上频率相同、振动方向相同、相位差恒定的相干电磁波在空间叠加时，合成振幅为各个波的振幅的矢量和。
因此，会出现交叠区某些地方振动加强，某些地方振动减弱或完全抵消的现象，称之为干涉。
6、侧视成像的几何特征：阴影、透视收缩、顶底倒置透视收缩：到达斜面顶部的斜距与到达底部的斜距之差△R往往比地距之差（即水平距离之差）△X要小，在影像中斜面的长度被缩短了，这种现象称为透视收缩。
顶底倒置：从底部返回的信号先于顶部的信号部，相互位置互换，称为顶底倒置。
阴影：当雷达波束照射到有起伏的地面时，斜面的背后往往存在电磁波不能到达的区域，传感器也接受不到后向散射信号。
在影像中表现的亮度很低，称为阴影。
三、雷达干涉测量概述1、INSAR的基本原理：通过两幅天线同时观测（单轨道双天线模式），或两次平行的观测（单天线重复轨道模式），获得同一区域的重复观测数据，即单视复数（SLC）影像对；由于两副天线和观测目标之间的几何关系，同一目标对应的两个回波信号之间产生了相位差，由此得到的相位差影像通常称为干涉图，再结合观测平台的轨道参数和传感器参数等可以获得高精度、高分辨率的地面高程信息。
合成孔径雷达差分干涉测量
1. 只有形变对干涉图收到形变的影响； 2. 形变对于干涉图中形变不会影响有地面高程产生
的相位发生跳跃； 3. 地形对干涉图可以获得精确的DEM。
差分干涉测量的原理
四轨法
基本思想是选择四幅SAR图像，用其中 的两幅来生成DEM，另外两幅作变形监测。
三种方法比较
两轨法
优点：不需要相位解缠，减少了数据处理 的工作 量；避免了相位解缠引入的误差。
来消除地形相位。 在两轨法中，外部DEM的精度、空
间分辨率、插值方法及干涉基线对形 变量的精度都有显著的影响。
差分干涉测量的原理
三轨法
是由1994年由Zebker等人提出的，由 于该方法可以直接从SAR图像中提取出地 表形变信息，被认为是差分干涉模型最经 典的方法。
差分干涉测量的原理
三轨法
原理是采用三幅SAR图像，以其中的一幅作 为主图像，另外两幅作为从图像，可与主图像分 别生成两幅干涉图。
差分干涉测量在地震监测的应用
差分干涉测量地震监测的应用
差分干涉测量地震监测的应用
地震可以引起电离层异常
差分干涉测量在地表沉降监测的应用
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合成孔径雷 达差分干涉
测量
引言
合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，简称SAR)，是一
种工作在微波波段的主动式微波成像传感器。它有效地解 决了雷达设计中高分辨率要求与大天线、短波长之间的矛 盾，使分辨率提高了数百倍。
合成孔径雷达干涉测量(Interferometric Synthetic Aperture
缺点：已知DEM与InSAR干涉图像的配准存 在很大 困难。
RADARSAT-2雷达卫星数据D-InSAR处理报告
相干系数 越大表示干涉图质量越高，条纹越清晰，相干系数接近于零时表示两期影像完
全失相干。
2.4 基线估计
平行基线和垂直基线分量的估计精度对平地相位的计算和地形相位的模拟至关重要， 地表微小形变的监测依赖于高精度的基线参数，而目前卫星系统提供的精密轨道信息精度 不高甚至没有提供精密轨道信息，导致基线的估计精度偏低，出现系统性误差；目前常用 的基线估计方法有轨道法、条纹频率法和基于地面控制点的基线精化估计等。
orb ，忽略atm 和 n 的影响，可以得到雷达视线方向上地面形变造成的相位。根据雷达视
线方向上地面形变造成的相位与地表沉降量 r 的关系，获取地表沉降量 r 。
def
-
4
r
前述分析表明，形变相位包含于干涉相位之中，要获取形变相位就必须从干涉相位中
除去平地相位、地形相位以及大气延迟和热噪声相位。
由前面原理可知，二轨法主要处理流程如图 3 所示，主要包括：主辅影像预处理、影 像配准及重采样、干涉图生成、滤波、地形相位差分、相位解缠、地理编码等。
2.1 主辅影像预处理
预处理包括主辅影像的读取、成像、轨道数据的读入及前置滤波等，前置滤波是指通 过带通滤波器将主辅影像的频谱非重叠部分滤除，在距离向和方位向分别进行，可以提高 后续配准精度。
号可用复数分别表示为：
S(R1) A(R1) exp(i (R1)) S(R2 ) A(R2 ) exp(i (R2 ))
(1-2)
其中，A(R1)、A(R2)为两回波的振幅，ψ(R1)、ψ(R2)
为回波相位。从式（1-2）可以看出，雷达回波的振幅与相位都是雷达天线到目标 P 的路
径的函数。雷达卫星以复数形式记录下回波信号并处理成影像，这种影像叫做 SAR 单视
DInSAR技术资料整理
DInSAR全称Differential Interferometric Synthetic Aperture Radar，合成孔径雷达差分干涉测量技术。
➢InSAR技术提取地表DEM，需要假设两次成像期间，地表没有发生变化，地物产生的随机相位也是不变的。
➢而DInSAR则是一种根据多期SAR数据，获取地表形变信息的方法之一。
根据差分干涉所需影像的多少，DInSAR可以分为：二轨法，三轨法和四轨法。
⏹二轨法：利用两景影像，主影像为形变后获取的数据，辅影像为地表形变前获取的数据。
将两者进行干涉处理，生成干涉图，干涉图中包括地形相位和形变相位，然后引入外部DEM数据，将DEM数据模拟成地形相位，从干涉图中减去，即可得到地表的形变相位。
优点：所需SAR数据少缺点：外部引入的DEM包含的误差会影响最终的差分干涉结果流程图：⏹三轨法：利用三景影像，其中两景是形变发生前获取的数据，另一景是形变后获得的，选区形变前后两景影像中的一景为主影像，其余为辅影像，分别和主影像进行配准，这样便生成两组干涉相位，一组是形变前的，只有地形信息；一组是形变后的，包含形变信息和地形信息；然后将形变后干涉相位减去已经解缠的形变前的相位，得到只含有形变信息的干涉相位，最后进行相位解缠，相位转高程和地理编码，获取地表的形变信息。
优点：无需外部DEM数据及其引入的DEM误差；缺点：需要进行相位解缠，解缠结果的好坏直接影响差分的结果；流程图：四轨法：与二轨法类似，但是不需要外部引入的DEM数据，需要四景影像；基本思路是将形变发生前获取的两幅影像进行干涉处理，得到形变前的干涉相位，只包含地形信息；然后将形变后的两景影像进行干涉处理，得到形变后的干涉相位。
从形变后的干涉相位中减去形变前的干涉相位，得到地表的形变相位，然后相位解缠，得到差分干涉图。
流程图：InSAR获取DEM条件：两期影像获取期间地物没有明显的形变，且地物产生的随机相位是相同的；流程图：。
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差分干涉测量的原理
三轨法
原理是采用三幅SAR图像，以其中的一幅作 为主图像，另外两幅作为从图像，可与主图像分 别生成两幅干涉图。
基于三种假设：
1. 只有形变对干涉图收到形变的影响； 2. 形变对于干涉图中形变不会影响有地面高程产生
的相位发生跳跃； 3. 地形对干涉图可以获得精确的DEM。
--图所示，S．、S2和 S3分别为卫星三次对同一地 区成像的位置(即成像时雷达 天线的位置)。则经相位干涉 处理，由S。和S2可生成一 幅干涉图，s，和S 可生成 另一幅干涉图，利用这两幅 干涉图进行差分处理，即所 谓的差分雷达干涉测量。
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差分干涉测量的原理
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差分干涉测量的原理
四轨法
基本思想是选择四幅SAR图像，用其中 的两幅来生成DEM，另外两幅作变形监测。
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三种方法比较
两轨法
优点：不需要相位解缠，减少了数据处理 的工作 量；避免了相位解缠引入的误差。
缺点：已知DEM与InSAR干涉图像的配准存 在很大 困难。
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合成孔径雷达差分干涉测量原理
黑龙江工程学院 测绘学院
摄影测量与遥感系
引言
合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，简称SAR)，是一
种工作在微波波段的主动式微波成像传感器。它有效地解 决了雷达设计中高分辨率要求与大天线、短波长之间的矛 盾，使分辨率提高了数百倍。
合成孔径雷达干涉测量(Interferometric Synthetic Aperture
三种方法比较
三轨法
优点：无需知道外部DEM就可以得到地面位移引起 的相位差，特别是适用于缺少高精度DEM数据的 地区。与四轨法相比的优点是，由于几何参数相 同，故不需要考虑另外的匹配和重采样。
缺点：地形对需要相位解缠，其解缠精度的优劣直 接影响到后续的处理。
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三种方法比较
四轨法
优点：弥补了三轨法有时不能生成DEM或者图像相 关性差的不足。
差分干涉测量地震监测的应用
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地震可以引起电离层异常
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缺点：由于使用两个独立的干涉对（需要四景数 据），故数据选择受到限制。
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差分干涉测量的应用
目前D-InSAR的应用主要集中在地震 同震形变场的监测、火山形变的监测、冰 川运动的监测、地面沉降的监测等领域。
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两轨法 其基本思想是利用已知的外部DEM
来消除地形相位。 在两轨法中，外部DEM的精度、空
间分辨率、插值方法及干涉基线对形 变量的精度都有显著的影响。
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差分干涉测量的原理
三轨法
是由1994年由Zebker等人提出的，由 于该方法可以直接从SAR图像中提取出地 表形变信息，被认为是差分干涉模型最经 典的方法。
Radar，简称InSAR)是SAR的新发展，是最新发展起来的 一种空间对地观测技术。它是把合成孔径雷达产生的单视 复数图像中的相位提取出来，进行干涉处理而得到目标点 三维信息的一种新技术
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差分干涉测量的原理
基本原理 合成孔径雷达干涉测量原理在很
多文献中已有详细介绍。现在将以星 载重复轨道为例简要介绍差分合成孔 径雷达干涉基本原理。